เหตุใดเชื้อราจึงสามารถเป็นกุญแจสู่อาคารที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและทนไฟได้ – Physics World

เหตุใดเชื้อราจึงสามารถเป็นกุญแจสู่อาคารที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและทนไฟได้ – Physics World

ประทับเวลา: 24 กรกฎาคม 2023 12:00 น.

ภาพถ่ายของโครงสร้างต้นแบบ Bioknit ซึ่งเป็นรูปทรงโดมและประกอบขึ้นจากส่วนโค้งที่ละเอียดอ่อนและเชื่อมต่อกันซึ่งมีสีดำและเป็นสีแป้งแบบเดียวกับดอกเห็ดรา คนสองคนกำลังนั่งอยู่ในโครงสร้าง
Wonder mould: ต้นแบบ BioKnit (เอื้อเฟื้อ: ศูนย์กลางเทคโนโลยีชีวภาพในสิ่งแวดล้อมที่สร้างขึ้น)

คนส่วนใหญ่พยายามที่จะกันเชื้อราออกจากบ้าน อย่างไรก็ตาม ขณะนี้ นักวิจัยด้านวัสดุสองกลุ่มกำลังสำรวจวิธีที่จะถักทอมันเข้ากับโครงสร้างอาคาร

กลุ่มแรกนำโดยนักวิทยาศาสตร์สิ่งทอ เจน สก็อตต์ ที่มหาวิทยาลัยนิวคาสเซิลในสหราชอาณาจักร ได้สร้างโครงสร้างถักที่ยึดเส้นใยของเชื้อราที่เรียกว่าไมซีเลียมให้อยู่กับที่ในขณะที่เชื้อราเติบโต ผลลัพธ์ที่ได้คือวัสดุคอมโพสิตน้ำหนักเบาที่สามารถนำมาใช้สร้างโครงสร้างที่แข็งแรงและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมได้

กลุ่มที่สอง นำโดยวิศวกรนาโน เอเวอร์สัน คันแดร์ และนักเทคโนโลยีชีวภาพ เทียน ฮุ่ย แห่งมหาวิทยาลัย RMIT ในเมลเบิร์น ออสเตรเลีย ใช้ไมซีเลียมเพื่อสร้างแผ่นวัสดุหน่วงไฟที่ถูกบีบอัด ความหวังคือแผ่นดังกล่าวสามารถแทนที่แผงหุ้มที่ติดไฟได้เช่นเดียวกับที่ก่อให้เกิดอันตรายถึงชีวิต ไฟไหม้เกรนเฟลล์ทาวเวอร์ซึ่งคร่าชีวิตชาวลอนดอนไป 72 รายในปี 2017

เชื้อรา Charring มีผลในการป้องกัน

สำหรับ Kandare, Huynh และเพื่อนร่วมงาน แหล่งที่มาของความน่าดึงดูดใจของไมซีเลียมอยู่ที่ลักษณะการทำงานของมันเมื่อสัมผัสกับไฟและแหล่งความร้อนที่แผ่รังสีอื่นๆ แทนที่จะลุกเป็นไฟ เช่นเดียวกับการหุ้ม Grenfellพื้นผิวสัมผัสที่ทำจากไมซีเลียมจะสลายตัวเพื่อสร้างสารสีดำที่มีทรายเรียกว่าถ่าน ถ่านชั้นนี้มีผลป้องกันสองส่วน นอกจากจะช่วยชะลอการถ่ายเทความร้อนแล้ว ยังป้องกันไม่ให้สารระเหยในชั้นที่อยู่ด้านล่างเล็ดรอดเข้าไปในเขตการเผาไหม้

ภาพถ่ายของณัฐนันท์ (เบคกี้) จุลกะวิทย์, Tien Huynh และ Everson Kandare ในห้องทดลองของพวกเขาที่วิทยาเขต Bundoora ของ RMIT พวกเขาสวมเสื้อโค้ทแล็บและพื้นหลังมีชั้นวางสารเคมีเต็มไปหมด
ทีมวิจัย: (ซ้าย) ณัฐนันท์ (เบ็คกี้) จุลกะวิทย์, Tien Huynh และ Everson Kandare ในห้องทดลองของพวกเขาที่วิทยาเขต Bundoora ของ RMIT (ขอบคุณ: RMIT)

ข้อดีอีกอย่างคือเมื่อไมซีเลียมเผาไหม้ มันจะผลิตเพียงคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเท่านั้น สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับสารหน่วงไฟเชิงพาณิชย์ Huynh กล่าว ฟิสิกส์โลก. “ปัจจุบันมีสารหน่วงไฟที่เติมฮาโลเจนและไม่ใช่ฮาโลเจนซึ่งมีผลกระทบต่อสุขภาพและสิ่งแวดล้อม” เธออธิบาย “สิ่งเหล่านี้รวมถึงสารหน่วงไฟที่มีโบรไมด์และคลอรีน (ฮาโลเจน) หรือฟอสฟอรัสและไนโตรเจน

ทำงานกับอุตสาหกรรมเห็ด

ในการศึกษาล่าสุดซึ่งตีพิมพ์ในวารสาร การย่อยสลายและความเสถียรของโพลิเมอร์, ทีม RMIT ทำงานร่วมกับเพื่อนร่วมงานที่ University of New South Wales และ Hong Kong Polytechnic University เพื่อพัฒนาวิธีการปลูกไมซีเลียมบริสุทธิ์เป็นแผ่น ผลลัพธ์ที่ได้จะคล้ายกับกระดาษแข็งสีขนมปังปิ้ง และ Huynh กล่าวว่าวิธีที่ง่ายที่สุดในการรวมเข้ากับอาคารคือการเพิ่มลงในวัสดุที่มีอยู่แล้ว เช่น วอลล์เปเปอร์ “มันเบา ยืดหยุ่น และอเนกประสงค์ จึงเหมาะกับการใช้งานหลายอย่างในอุตสาหกรรมการก่อสร้าง” เธอกล่าว

มือที่สวมถุงมือของณัฐนันท์ จุลกะวิทย์ ถือแผ่นเชื้อรา แผ่นหนึ่งเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าและสีน้ำตาลอ่อน มีรอยด่าง; อีกอันมีสีซีดและคล้ายกับบิสกิตน้ำหรือเวเฟอร์ร่วม
เหมือนวอลเปเปอร์: นักศึกษาปริญญาเอก ณัฐนันท์ จุลกะวิทย์ อวดแผ่นไมซีเลียมที่ถูกบีบอัดที่เธอสร้างขึ้น (เอื้อเฟื้อ: มหาวิทยาลัย RMIT)

ในขณะที่ทีม RMIT ขยายแผ่นไมซีเลียมจากการเพาะเลี้ยงเชื้อราแบร็กเก็ตที่กินไม่ได้ เห็ดหลินจือ, Huynh กล่าวว่าควรจะเป็นไปได้ที่จะผลิตแผ่นจากขยะที่เกิดจากผู้เพาะเห็ดเชิงพาณิชย์ “การสร้างผลิตภัณฑ์จากเชื้อราเหล่านี้ใช้กากน้ำตาล ซึ่งเป็นวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรจากอุตสาหกรรมอ้อย” เธออธิบาย “เนื่องจาก [โลก] ผลิตน้ำตาลได้ประมาณ 177 ล้านเมตริกตัน ในปี 2022-2023 ถือเป็นส่วนสำคัญในการลดปริมาณขยะ”

การถักรองรับโครงสร้างไมซีเลียม

ความยั่งยืนและการลดของเสียยังเป็นปัจจัยกระตุ้นสำหรับ Scott และเพื่อนร่วมงานของเธอที่ Newcastle และ Vrije Universiteit Brussel ในเบลเยียม การเขียนในวารสาร พรมแดนในวิศวกรรมชีวภาพและเทคโนโลยีชีวภาพพวกเขาทราบว่าคุณสมบัติทางความร้อนและเสียงที่ยอดเยี่ยมของวัสดุผสมไมซีเลียมทำให้ "มีศักยภาพมหาศาล" ในการทดแทนโฟม ไม้ และพลาสติกในการตกแต่งภายในอาคารในราคาที่ไม่แพง ความท้าทายที่พวกเขาเขียนคือการเพิ่มวัสดุผสมเหล่านี้ในลักษณะที่ปรับขนาดได้และทำให้รูปร่างที่ซับซ้อนเป็นไปได้ ในขณะที่ยังคงเป็นไปตามข้อกำหนดสำหรับโครงสร้างและความมั่นคง

ในการสร้างวัสดุผสมไมซีเลียม นักวิทยาศาสตร์มักเริ่มต้นด้วยการผสมสปอร์ของเชื้อรากับเมล็ดพืช (แหล่งอาหาร) และวัสดุต่างๆ เช่น ขี้เลื่อยและเซลลูโลส (สารตั้งต้นสำหรับเชื้อราที่จะเติบโต) ขั้นตอนต่อไปคือการบรรจุส่วนผสมลงในแม่พิมพ์และวางไว้ในสภาพแวดล้อมที่อบอุ่น มืดและชื้น ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ไมซีเลียมจะเติบโตค่อนข้างเร็ว โดยยึดเกาะกับสารตั้งต้นด้วยโครงสร้างคล้ายรากที่เป็นใยของมัน เมื่อส่วนผสมมีความหนาแน่นตามที่ต้องการ กระบวนการเติบโตจะหยุดลงและวัสดุจะแห้งจนไม่เกิดดอกเห็ด

ปัญหาคือไมซีเลียมต้องการออกซิเจนในการเจริญเติบโต และข้อกำหนดนี้จำกัดขนาดและรูปร่างของแม่พิมพ์ (ในความหมายของคำนี้ ไม่ใช่เชื้อรา) ที่สามารถเติบโตได้ หรืออย่างน้อยก็จะเกิดขึ้นถ้า แม่พิมพ์เป็นของแข็ง อีกทางเลือกหนึ่งคือ Scott ใช้การฝึกอบรมด้านสิ่งทอของเธอเพื่อออกแบบระบบการผสมและการผลิตไมซีเลียมโดยใช้แม่พิมพ์ที่ถักจากขนแกะเมอริโนที่แข็งแรงแต่อากาศซึมผ่านได้

ภาพถ่ายต้นแบบ BioKnit ยืนอยู่ในอาคาร ช่องโค้งที่ใหญ่ที่สุดจะชี้ไปที่กล้อง
เข้ามาข้างใน: อีกมุมมองของต้นแบบ BioKnit (เอื้อเฟื้อ: ศูนย์กลางเทคโนโลยีชีวภาพในสิ่งแวดล้อมที่สร้างขึ้น)

“เราเป็นกลุ่มนักวิจัยสหวิทยาการ ซึ่งรวมถึงความเชี่ยวชาญในการเขียนโปรแกรมและการผลิตแบบถัก 3 มิติ ดังนั้นเราจึงสามารถรวบรวมชุดทักษะที่ไม่เหมือนใครเพื่อสร้างผลงานชิ้นนี้” เธอกล่าว ฟิสิกส์โลก. “ข้อได้เปรียบที่สำคัญของเทคโนโลยีการถักเมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการสิ่งทออื่นๆ คือความสามารถในการถักโครงสร้างและรูปแบบ 3 มิติโดยไม่มีตะเข็บและไม่สิ้นเปลือง”

เมื่อแม่พิมพ์ที่ถักเสร็จแล้ว Scott และเพื่อนร่วมงานได้ทำการฆ่าเชื้อและติดเข้ากับโครงสร้างที่แข็งแรงเพื่อรองรับคอนกรีตไมซีเลียมหรือไมโอครีตเมื่อมันโตขึ้น จากนั้นพวกเขาใช้ปืนฉีดเพื่อเติมแม่พิมพ์ด้วยแป้งเหนียวหนืดที่ประกอบด้วยผงกระดาษ ก้อนใยกระดาษ น้ำ กลีเซอรีน และแซนแทนกัม รวมทั้งสปอร์ของเชื้อรา “ความสม่ำเสมอนี้จำเป็นเมื่อทำงานกับแบบหล่อถักแบบ 3 มิติ ซึ่งมีความหลากหลายและมีประสิทธิภาพทางโครงสร้าง” สก็อตต์กล่าว “ความยากอยู่ที่การนำส่วนประกอบทั้งสองมารวมกันเพื่อสร้างต้นแบบในระดับสถาปัตยกรรม”

วัสดุขึ้นราแห่งอนาคต

ต้นแบบแรกของทีมซึ่งสร้างขึ้นในปี 2022 แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความสามารถของไมโอครีต (ดูรูป) รู้จักกันในนาม ไบโอนิตโครงสร้างตั้งอิสระสูง 1.8 ม. เส้นผ่านศูนย์กลาง 2 ม. นี้ทำจากไมโอครีตทั้งหมดและเติบโตขึ้นเป็นหน่วย หมายความว่าไม่มีจุดเชื่อมที่อาจกลายเป็นจุดอ่อน ต้นแบบที่สองชื่อ ห้องนั่งเล่นมีส่วนผสมของไมซีเลียมสปอร์ ขนสัตว์จากแกะ Herdwick ที่แข็งแรง และส่วนผสมของขี้เลื่อยและเศษกระดาษจากโรงงานในท้องถิ่น

สำหรับผู้บริโภคที่ไม่ชอบเชื้อรา สีของ BioKnit และ The Living Room อาจดูจืดชืดไปเล็กน้อย พื้นผิวมีความคล้ายคลึงกับสิ่งที่คุณอาจฉีดด้วยสารฟอกขาว แต่ Scott สังเกตว่าสีและพื้นผิวที่แตกต่างกันสามารถเปลี่ยนรูปลักษณ์ของ myocrete ได้ ไม่ว่าในกรณีใด เธอเชื่อว่าข้อดีของวัสดุสามารถเอาชนะการต่อต้านใดๆ ได้ “ความสวยงามเป็นเรื่องใหม่และแตกต่าง [แต่] สิ่งที่เราพบว่าน่าสนใจเกี่ยวกับกระบวนการนี้คือความสามารถในการสร้างรูปทรงและรูปแบบใหม่ๆ ที่สามารถช่วยให้เราเปลี่ยนพื้นที่ภายในได้” เธอกล่าว “งานของเราประกอบด้วยวัสดุและกระบวนการทั่วไปบางอย่าง เช่น ขนสัตว์และการถัก และฉันคิดว่าสิ่งนี้ช่วยให้ผู้บริโภคเข้าใจไมซีเลียมผ่านเลนส์ของสิ่งที่คุ้นเคยอย่างสิ่งทอ”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์